Môi trường sống

Hệ sinh thái là một hệ thống tổng thể bao gồm các thành phần sống (cộng đồng) và các thành phần phi sống như không khí, nước và đất khoáng (gọi chung là môi trường sống). Hệ sinh thái có thể được nghiên cứu theo hai cách khác nhau. Nó có thể được xem như là một tập hợp các nhóm cây và động vật phụ thuộc lẫn nhau hoặc nhìn nhận nó như là một hệ thống với sự tham gia của các loài cụ thể, được tổ chức rõ ràng theo các quy tắc chung. Các thành phần sống và phi sống tương tác thông qua các chu trình dinh dưỡng và luồng năng lượng. Hệ sinh thái bao gồm các mối tương tác giữa các sinh vật và giữa sinh vật với môi trường của chúng. Mỗi hệ sinh thái có kích thước và không gian đặc biệt của nó, có giới hạn nhất định. Một số nhà khoa học coi toàn bộ hành tinh là một hệ sinh thái. Năng lượng, nước, nitơ và khoáng chất trong đất là các thành phần phi sinh học quan trọng của hệ sinh thái. Năng lượng được sử dụng chủ yếu từ mặt trời thông qua quá trình quang hợp. Động vật đóng vai trò quan trọng trong di chuyển vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái. Chúng ảnh hưởng đến lượng sinh khối của thực vật và vi sinh vật trong hệ thống. Khi các chất hữu cơ phân giải sau khi sinh vật chết, carbon được thải ra khí quyển. Quá trình này tạo điều kiện cho chu kỳ dinh dưỡng bằng cách chuyển đổi các chất dinh dưỡng từ các sinh vật chết trở lại thành dạng có thể sử dụng lại bởi cây cối và vi khuẩn khác.

Hệ sinh thái chịu ảnh hưởng từ cả yếu tố bên ngoài và bên trong. Yếu tố bên ngoài như khí hậu, nguyên liệu tạo thành đất, địa hình và thời gian đều có ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Tuy nhiên, những yếu tố này không bị hệ sinh thái ảnh hưởng. Hệ sinh thái không phải là một hệ thống cố định: chúng có thể bị nhiễu loạn thường xuyên và thường trong quá trình hồi phục từ những nhiễu loạn trong quá khứ và tiến đến cân bằng. Ngược lại, các yếu tố bên trong không chỉ kiểm soát các quá trình trong hệ sinh thái mà còn bị kiểm soát bởi chính hệ sinh thái. Một cách nói khác, các yếu tố bên trong phải chịu sự kiểm soát từ các chu trình phản hồi.

Con người tham gia vào các hệ sinh thái và có thể ảnh hưởng đến cả yếu tố bên trong và bên ngoài. Sự nóng lên toàn cầu là một ví dụ điển hình về tác động tích lũy từ hoạt động của con người. Hệ sinh thái mang lại những lợi ích được gọi là 'lợi ích hệ sinh thái', mà con người thường đầu tư cho cuộc sống của họ. Quản lý tổng hợp hệ sinh thái hiệu quả hơn là cố gắng quản lý từng loài riêng lẻ trong đó.

Định nghĩa

Không có định nghĩa duy nhất cho 'hệ sinh thái'. Nhà sinh thái học người Đức Ernst-Detlef Schulze và các đồng tác giả đã xác định rằng một hệ sinh thái là một khu vực 'đồng nhất về sản lượng sinh học và bao gồm cả các dòng (có thể là vật chất, năng lượng) bên trên và dưới mặt đất của khu vực đang xem xét'. Họ mạnh mẽ phủ định việc coi toàn bộ lưu vực sông của Gene Likens là một hệ sinh thái đơn lẻ, vì chúng có 'ranh giới quá rộng', và một khu vực rộng như vậy không thể được xem là đồng nhất theo định nghĩa trên. Các tác giả khác lại gợi ý rằng một hệ sinh thái có thể bao gồm một khu vực lớn hơn nhiều, thậm chí là toàn bộ hành tinh. Schulze và các đồng tác giả cũng phủ định ý tưởng rằng một khúc gỗ có thể được nghiên cứu như một hệ sinh thái vì sự kích thước tương quan của dòng trao đổi chất giữa khúc gỗ và môi trường xung quanh quá lớn so với dòng trao đổi chất trong khúc gỗ. Nhà khoa học Mark Sagoff cho rằng việc thất bại trong việc xác định 'loại đối tượng mà nó nghiên cứu' là một trở ngại cho sự phát triển của lý thuyết 'hệ sinh thái' trong sinh thái học.

Hệ sinh thái có thể được nghiên cứu theo nhiều cách khác nhau. Chúng có thể là các nghiên cứu lý thuyết hoặc các nghiên cứu thực địa, như việc theo dõi các hệ sinh thái cụ thể trong một khoảng thời gian dài hoặc so sánh sự khác biệt giữa các hệ sinh thái để hiểu rõ hơn cách chúng hoạt động. Một số thí nghiệm thực địa có thể điều chỉnh trực tiếp lên hệ sinh thái. Các nghiên cứu có thể được thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau, từ việc nghiên cứu toàn bộ hệ sinh thái cho đến chỉ nghiên cứu các mô hình thu nhỏ hay vi hệ sinh thái (tức là các biểu đồ đơn giản của các hệ sinh thái). Nhà sinh thái học người Mỹ Stephen R. Carpenter đã lập luận rằng các thí nghiệm mô hình thu nhỏ có thể là 'không liên quan và nhiều dị biệt' nếu chúng không được kết hợp với các nghiên cứu thực địa ở quy mô hệ sinh thái. Thí nghiệm mô hình thu nhỏ thường không dự đoán chính xác động học ở quy mô hệ sinh thái.

Dự án Nghiên cứu Hệ sinh thái suối Hubbard bắt đầu từ năm 1963 để nghiên cứu dãy núi White ở New Hampshire. Đây là thành công đầu tiên trong việc nghiên cứu toàn bộ lưu vực sông như một hệ sinh thái. Sử dụng dòng chảy hóa học để theo dõi các đặc tính của hệ sinh thái, họ đã phát triển một mô hình sinh học chi tiết cho hệ sinh thái. Nghiên cứu dài hạn tại thực địa đã phát hiện ra mưa axit ở Bắc Mỹ vào năm 1972. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận sự giảm các cation đất (đặc biệt là calci) trong vài thập kỷ sau.

Các khái niệm liên quan

Hệ sinh thái trên cạn (có thể được tìm thấy trên đất liền) và các hệ sinh thái thủy sinh (có thể được tìm thấy trong nước) là các khái niệm liên quan đến hệ sinh thái. Hệ sinh thái thủy sinh bao gồm hệ sinh thái nước mặn và hệ sinh thái nước ngọt.

Các quá trình

Các yếu tố bên trong và bên ngoài

Hệ sinh thái chịu sự kiểm soát của cả các yếu tố bên ngoài và bên trong. Các yếu tố bên ngoài, hay còn gọi là yếu tố môi trường, quản lý cấu trúc tổng thể và hoạt động của một hệ sinh thái mặc dù chúng không phản ứng với hệ sinh thái. Yếu tố quan trọng nhất trong số này là khí hậu. Khí hậu xác định loài sinh vật trong khu hệ sinh cảnh (hệ sinh thái) mà hệ sinh thái được đặt vào. Các mô hình mưa và nhiệt độ theo mùa ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và xác định lượng nước và năng lượng có sẵn cho hệ sinh thái.

Lớp đá mẹ xác định bản chất của đất trong hệ sinh thái và ảnh hưởng đến việc cung cấp các khoáng chất. Địa hình cũng kiểm soát các quá trình hệ sinh thái bằng cách ảnh hưởng đến các thành phần như khí hậu, sự phát triển của đất và sự chuyển động của nước qua hệ thống. Ví dụ, hệ sinh thái ở vùng trũng có thể khác so với hệ sinh thái trên sườn dốc liền kề.

Một số yếu tố bên ngoài khác quan trọng trong hoạt động của hệ sinh thái bao gồm thời gian và tiềm năng của hệ sinh cảnh. Tương tự, tập hợp các loài có thể có mặt trong một khu vực cũng có thể ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái. Các hệ sinh thái trong các môi trường tương tự nhau ở các vùng khác nhau trên thế giới có thể có sự đa dạng về đặc điểm do sự tồn tại của các nhóm loài khác nhau. Sự xuất hiện của các loài ngoại lai có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong chức năng của hệ sinh thái. Không giống như các yếu tố bên ngoài, các yếu tố bên trong hệ sinh thái không chỉ kiểm soát các quá trình của hệ sinh thái mà còn bị kiểm soát bởi chính hệ sinh thái. Do đó, chúng thường phải chịu ảnh hưởng từ các vòng phản hồi. Mặc dù đầu vào tài nguyên thường bị kiểm soát bởi các quy trình bên ngoài như khí hậu và lớp đá mẹ, nhưng sự sẵn có của các tài nguyên này trong hệ sinh thái lại bị kiểm soát bởi các yếu tố bên trong như quá trình phân hủy, cạnh tranh rễ hoặc che bóng. Các yếu tố khác như nhiễu loạn, sự kế thừa hoặc sự hiện diện của các loài đang có mặt cũng là ví dụ về các yếu tố bên trong.

Sản lượng sơ cấp

Sản xuất sơ cấp là lượng chất hữu cơ được sản sinh từ các nguồn carbon vô cơ. Quá trình này chủ yếu diễn ra thông qua quang hợp. Năng lượng thu được từ quang hợp cũng hỗ trợ sự sống trên Trái Đất, đồng thời carbon cố định tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ trong sinh khối, carbon trong đất và nhiên liệu hóa thạch. Quang hợp còn giúp thúc đẩy chu trình carbon và có ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu qua hiệu ứng nhà kính.

Thông qua quá trình quang hợp, cây cối sử dụng năng lượng từ ánh sáng để kết hợp carbon dioxide và nước thành carbohydrate và oxy. Quá trình này được thực hiện bởi toàn bộ hệ sinh thái và được gọi là sản lượng sơ cấp toàn phần hoặc sản lượng sơ cấp thô (GPP). Khoảng 48-60% GPP được tiêu thụ trong quá trình hô hấp của thực vật.

Phần còn lại, mà GPP không sử dụng cho quá trình hô hấp, được gọi là sản lượng sơ cấp thực hoặc sản lượng sơ cấp tinh (NPP).

Dòng năng lượng

Năng lượng và carbon đi vào hệ sinh thái qua quá trình quang hợp, được tích hợp vào mạng thức ăn, chuyển giao cho các sinh vật khác ăn thức ăn, và cuối cùng được giải phóng thông qua quá trình hô hấp.

Carbon và năng lượng được tích hợp vào mạng lưới cây cối (sản xuất lượng sơ cấp thực) hoặc được tiêu thụ bởi động vật trong khi thực vật vẫn còn sống, hoặc tồn tại trong các cây cối đã chết và trở thành mùn hữu cơ. Trong các hệ sinh thái trên cạn, khoảng 90% sản xuất lượng sơ cấp thực được phân hủy bởi sinh vật phân hủy. Phần còn lại, hoặc được tiêu thụ bởi động vật khi cây vẫn còn sống và đi vào chuỗi thức ăn dựa trên thực vật, hoặc sản lượng này được tiêu thụ sau khi cây đã chết và đi vào chuỗi thức ăn dựa trên vụn hữu cơ.

Trong các hệ sinh thái nước, tỷ lệ sinh khối thực vật bị tiêu thụ bởi động vật ăn thực vật cao hơn rất nhiều. Trong các hệ thống thức ăn bậc độ cao, các sinh vật quang hợp là các sinh vật sản xuất sơ cấp. Các sinh vật tiêu thụ mạng thức ăn của chúng được gọi là sinh vật tiêu thụ sơ cấp hoặc sinh vật sản xuất thứ cấp — động vật ăn cỏ. Các sinh vật tiêu thụ vi khuẩn (vi khuẩn và nấm) được gọi là sinh vật tiêu thụ vi sinh vật. Những loài động vật ăn sinh vật tiêu thụ sơ cấp — động vật ăn thịt — gọi là sinh vật tiêu thụ thứ cấp. Mỗi thành phần trên tạo nên một bậc dinh dưỡng.

Trình tự tiêu thụ - từ thực vật đến động vật ăn cỏ, sau đó là động vật ăn thịt — tạo thành một lưới thức ăn. Các hệ thống thực tế phức tạp hơn nhiều so với mô hình này - các sinh vật thường sẽ ăn nhiều hơn một loại thức ăn, và có thể nằm ở nhiều bậc dinh dưỡng. Động vật ăn thịt có thể bắt được nhiều loại con mồi, một phần thuộc hệ dinh dưỡng dựa trên thực vật và một phần khác thuộc hệ dinh dưỡng dựa trên mùn hữu cơ (ví dụ như một con chim ăn cả châu chấu - ăn thực vật và giun đất - tiêu thụ mùn hữu cơ). Vì vậy, một hệ thống với tất cả những phức tạp này, thường tạo thành một lưới thức ăn hơn là chuỗi thức ăn.

Hệ sinh thái sinh thái học

Sinh thái học hệ sinh thái nghiên cứu 'dòng chảy của năng lượng và vật chất qua các sinh vật và môi trường vật lý'. Lĩnh vực này nghiên cứu các quá trình điều chỉnh lượng vật chất và năng lượng tích trữ cũng như dòng chảy của vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái. Nghiên cứu về các hệ sinh thái có thể phủ đến 10 tỷ phạm vi, từ đơn vị bề mặt của đá đến đơn vị toàn bộ bề mặt của hành tinh.

Quá trình phân hủy

Carbon và các chất dinh dưỡng trong chất hữu cơ của sinh vật đã chết được phân giải bởi một nhóm quá trình gọi là phân hủy. Quá trình này giải phóng các chất dinh dưỡng mà sau đó có thể được tái sử dụng bởi thực vật và vi sinh vật và trả carbon dioxide vào khí quyển (hoặc nước), sau này chúng có thể được sử dụng cho quang hợp. Trong trường hợp không có quá trình phân hủy, các chất hữu cơ chết sẽ tích lũy trong một hệ sinh thái, và các chất dinh dưỡng và khí carbon dioxide sẽ bị cạn kiệt. Khoảng 90% sản lượng sơ cấp tinh trên cạn đi trực tiếp từ thực vật đến phân hủy.

Quá trình phân hủy có thể chia thành ba loại - gạn lọc (tách nước), phân tách và biến đổi hóa học các vật chất ở sinh vật đã chết.

Gạn lọc

Khi nước di chuyển qua vật chất hữu cơ ở sinh vật đã chết, nó hòa tan và mang theo các thành phần có thể tan trong nước. Các chất này sau đó có thể được hấp thụ bởi các sinh vật trong đất, phản ứng với khoáng chất trong đất, hoặc được di chuyển ra ngoài của hệ sinh thái (và được coi là mất đi phần này). Lá rụng và động vật chết mới có nồng độ cao các thành phần hòa tan trong nước bao gồm: đường, amino acid và các khoáng chất. Gạn lọc đóng vai trò quan trọng hơn trong môi trường ẩm ướt và ít quan trọng hơn trong môi trường khô.

Phân tách

Các quá trình phân tách giúp phân hủy vật liệu hữu cơ thành những mảnh nhỏ hơn, tạo ra nhiều bề mặt mới để vi khuẩn xâm chiếm. Vi khuẩn không thể tiếp cận lá rụng mới vì được bảo vệ bởi lớp biểu bì hoặc vỏ cây, còn tế bào được bảo vệ bởi thành tế bào. Những động vật mới chết có thể được bao bọc bởi vỏ xương bên ngoài. Các quá trình phân tách giúp phá vỡ các lớp bảo vệ này, đẩy nhanh tốc độ phân hủy vi sinh vật. Động vật cũng để lại vụn hữu cơ khi săn mồi và sau khi thức ăn đi qua ruột. Chu kỳ tan băng và chu kỳ khô/ướt đóng góp vào việc phân giải vật chất đã chết.

Biến đổi hóa học

Biến đổi hóa học của chất hữu cơ chết chủ yếu xảy ra thông qua hoạt động của vi khuẩn và nấm. Các loại nấm khác nhau sản xuất enzyme phá vỡ cấu trúc bảo vệ xung quanh vật liệu thực vật đã chết. Chúng cũng tạo ra enzyme phân hủy lignin, cho phép chúng thu được lợi ích từ thành phần tế bào cũng như nitơ trong lignin. Nấm có thể chuyển đổi carbon và nitơ qua hệ sợi nấm của chúng, do đó không giống như vi khuẩn, chúng không hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn lực có sẵn trong môi trường địa phương.

Tốc độ phân hủy

Tốc độ phân hủy khác nhau giữa các hệ sinh thái. Tốc độ phân hủy được điều chỉnh bởi ba nhóm yếu tố: môi trường vật lý (nhiệt độ, độ ẩm và tính chất của đất), lượng và chất lượng vật liệu trong sinh vật chết đang chờ phân hủy và tính chất của hệ vi sinh vật. Nhiệt độ điều chỉnh tốc độ hô hấp của vi khuẩn; nhiệt độ càng cao, vi khuẩn phân hủy càng nhanh. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ ẩm của đất, đặc biệt làm chậm sự phát triển của vi sinh vật và giảm khả năng gạn lọc. Chu kỳ tan băng cũng ảnh hưởng đến việc phân hủy - nhiệt độ đóng băng làm chết vi sinh vật đất, khiến quá trình gạn lọc đóng vai trò quan trọng hơn trong việc di chuyển các chất dinh dưỡng xung quanh. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình tan băng mùa xuân, tạo ra lượng dinh dưỡng phong phú sẵn có.

Tốc độ phân hủy rất thấp trong điều kiện rất ẩm hoặc rất khô. Tốc độ phân hủy cao nhất trong điều kiện ẩm vừa phải, có đủ oxy. Đất ướt thường thiếu oxy (đặc biệt là ở vùng đất ngập nước), làm chậm sự phát triển của vi sinh vật. Trái lại, trong đất khô, phân hủy diễn ra chậm, nhưng vi khuẩn vẫn phát triển (mặc dù chậm hơn), ngay cả khi đất trở nên quá khô cho cây trồng phát triển.

Vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng

Các hệ sinh thái liên tục trao đổi năng lượng và carbon với môi trường bên ngoài rộng lớn hơn. Chất dinh dưỡng và khoáng chất, ngược lại, chủ yếu được tuần hoàn giữa thực vật, động vật, vi khuẩn và đất. Nitơ chủ yếu đi vào hệ sinh thái qua quá trình cố định nitơ sinh học, được lắng đọng qua mưa, bụi, hoặc được cung cấp qua phân bón.

Chu trình nitơ

Vì hầu hết các hệ sinh thái trên mặt đất đều có lượng nitơ hạn chế, vòng tuần hoàn nitơ rất quan trọng đối với sản lượng của hệ sinh thái.

Vào thời điểm hiện tại, cố định nitơ là nguồn nitơ chủ yếu cho hệ sinh thái. Vi khuẩn cố định đạm có thể sống ký sinh hoặc tự do trong đất. Chi phí năng lượng để hỗ trợ vi khuẩn cố định đạm là khá cao - chiếm 25% tổng sản lượng năng lượng sơ cấp trong điều kiện được kiểm soát. Nhiều loại thực vật thuộc họ Đậu hỗ trợ vi khuẩn cố định đạm. Một số vi khuẩn lam cũng có khả năng cố định đạm và thực hiện quá trình quang hợp. Tương tự như vi khuẩn cố định đạm khác, chúng có thể sống tự do hoặc ký sinh cùng với thực vật. Các nguồn nitơ khác bao gồm lắng đọng axit từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, khí amonia từ phân bón và từ bụi. [24] Nitơ nhân tạo chiếm khoảng 80% trong các hệ sinh thái.

Khi các mô thực vật bị rụng hoặc bị ăn, nitơ trong chúng sẵn có cho động vật và vi khuẩn sử dụng. Sự phân hủy vi sinh vật giải phóng các hợp chất nitơ từ chất hữu cơ chết trong đất, thực vật, nấm và vi khuẩn cạnh tranh để sử dụng nguồn dinh dưỡng này. Một số vi khuẩn đất sử dụng các hợp chất chứa nitơ hữu cơ làm nguồn cacbon, giải phóng ion amoni vào đất. Quá trình này được gọi là khoáng hóa nitơ. Các sinh vật khác có thể chuyển đổi amoni thành ion nitrit và nitrat, được gọi là nitrat hóa. Nitơ monoxit và dinitơ monoxit cũng được tạo ra trong quá trình nitrat hóa. [24] Dưới điều kiện giàu nitơ và thiếu oxy, nitrat và nitrit được chuyển thành khí nitơ, gọi là phản nitrat hóa.

Các chất dinh dưỡng khác

Các chất dinh dưỡng quan trọng khác bao gồm phosphor, lưu huỳnh, calci, kali, magiê và mangan. Phosphor đi vào hệ sinh thái thông qua quá trình phong hóa. Khi các hệ sinh thái lão hóa, nguồn cung cấp này giảm, làm cho phosphor thường bị giới hạn trong các cảnh quan già hơn (đặc biệt là ở vùng nhiệt đới). Calci và lưu huỳnh cũng được sản sinh thông qua phong hóa, nhưng lắng đọng axit là nguồn lưu huỳnh quan trọng trong nhiều hệ sinh thái. Magiê và mangan cũng được sản sinh qua phong hóa, trao đổi giữa chất hữu cơ trong đất và tế bào sống chiếm phần lớn vòng tuần hoàn trong sinh thái. Kali chủ yếu được tuần hoàn giữa các tế bào sống và chất hữu cơ trong đất.

Chức năng và sự đa dạng sinh học

Đa dạng sinh học đóng vai trò then chốt trong các hoạt động của hệ sinh thái. Giải thích cho điều này là các quá trình hệ sinh thái được thúc đẩy bởi số lượng loài có trong hệ sinh thái, đặc tính của từng loài và sự phong phú tương đối của các sinh vật trong các loài này. Các quá trình chính của hệ sinh thái là tổng hợp, khái quát từ các hoạt động của các sinh vật riêng lẻ trong hệ. Bản chất của các loài sinh vật, các nhóm chức năng và bậc dinh dưỡng mà chúng thuộc về—xác định các loại hoạt động mà các cá thể này có khả năng thực hiện và hiệu quả tương đối nếu chúng thực hiện.

Lý thuyết sinh thái cho thấy rằng để cùng tồn tại, các loài không thể có cùng một ổ sinh thái hoàn toàn giống nhau - chúng phải khác nhau ít nhất một cách cơ bản, nếu không một loài sẽ cạnh tranh loại trừ loài khác. Tuy nhiên, hiệu ứng tích lũy của các loài bổ sung trong hệ sinh thái không phải là tuyến tính - các loài bổ sung có thể tăng cường giữ nitơ chẳng hạn, nhưng ngoài mức độ phong phú loài, các loài bổ sung có thể có những tác động khác.

Sự thêm vào (hoặc mất đi) các loài có đặc tính sinh thái tương tự với những loài đã có mặt trong hệ có xu hướng chỉ có một tác động nhỏ đến chức năng của hệ sinh thái. Tuy nhiên, sự khác biệt về đặc tính sinh thái của các loài lại là một câu chuyện khác. Tương tự, các loài ưu thế có ảnh hưởng lớn đến chức năng của hệ sinh thái, trong khi các loài quý hiếm thường chỉ có những tác động nhỏ. Các loài chủ chốt thường có ảnh hưởng lớn đến chức năng của hệ sinh thái mặc dù số lượng chúng thường không nhiều. Tương tự như vậy, nhà kỹ thuật hệ sinh thái (loài cơ sở) là bất kỳ sinh vật nào tạo ra, thay đổi đáng kể, duy trì hoặc phá hủy môi trường sống.

Động lực học của hệ sinh thái

Hệ sinh thái là những cấu trúc linh hoạt. Chúng thường trải qua các chu kỳ xáo trộn và hiện đang phục hồi từ các sự xáo trộn trong quá khứ. Khi bị xáo trộn hoặc nhiễu loạn, hệ sinh thái thường phản ứng bằng cách thay đổi trạng thái ban đầu của nó. Hệ sinh thái có xu hướng hướng tới sự cân bằng, bất chấp các sự xáo trộn, được gọi là sức cản sinh thái. Ngược lại, khả năng hồi phục của hệ sinh thái là tốc độ quay trở lại trạng thái ban đầu sau khi bị xáo trộn. Thời gian đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển đất từ lớp đá đến môi trường sinh thái.

Từ năm này sang năm khác, hệ sinh thái chịu nhiều biến đổi do môi trường sống và phi sinh thái của chúng. Hạn hán, mùa đông lạnh hay các đợt dịch bệnh là những biến đổi ngắn hạn của điều kiện môi trường. Các cộng đồng động vật thay đổi từ năm này sang năm khác, chúng phát triển trong giai đoạn giàu tài nguyên nhưng rồi sẽ thất bại khi sử dụng quá mức nguồn cung của môi trường. Những thay đổi này ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy các sản phẩm sơ cấp và các quá trình hệ sinh thái khác. Những biến đổi lâu dài cũng hình thành các quá trình hệ sinh thái - khu rừng ở Đông Bắc Mỹ vẫn cho thấy dấu ấn nông nghiệp mặc dù đã dừng lại 200 năm trước, trong khi hồ Siberi vẫn sản sinh khí metan từ các chất hữu cơ tích lũy từ Thế Canh tân.

Sự xáo trộn đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh thái. F. Stuart Chapin và các đồng tác giả định nghĩa 'xáo trộn' là 'một sự kiện rời rạc về thời gian và không gian làm thay đổi cấu trúc của cộng đồng, các loài và hệ sinh thái và tác động đến các nguồn lực và môi trường vật lý có sẵn'. Xáo trộn có thể nhỏ như cây đổ hoặc côn trùng bùng phát, hoặc lớn như bão và cháy rừng, hoặc kinh khủng như phun trào núi lửa. Những biến đổi này có thể gây ra các thay đổi lớn trong cộng đồng thực vật, động vật và vi sinh vật, cũng như trong nồng độ chất hữu cơ trong đất. Sau sự xáo trộn là các sự thay đổi sinh thái, 'sự thay đổi hướng dẫn trong cấu trúc và hoạt động của hệ sinh thái do những thay đổi sinh học trong nguồn cung cấp tài nguyên'.

Tần suất và mức độ nghiêm trọng của các sự xáo trộn định nghĩa qua cách chúng ảnh hưởng đến chức năng của hệ sinh thái. Một sự xáo trộn lớn như phun trào núi lửa hoặc hoạt động của sông băng có thể làm mất mát thực vật, động vật hoặc chất hữu cơ. Các hệ sinh thái chịu ảnh hưởng từ những rối loạn lớn như vậy sẽ trải qua diễn thế nguyên sinh. Những hệ sinh thái chịu ít xáo trộn hơn như cháy rừng, bão hoặc kết quả của canh tác sẽ trải qua diễn thế thứ sinh và phục hồi nhanh hơn. Rối loạn càng nghiêm trọng và thường xuyên thì càng khó khăn trong việc phục hồi.

Đọc thêm

• Quần xã
• Môi trường tự nhiên
• Thực vật